Những chiếc áo tàng hình của cậu bé phù thủy trong bộ truyện Harry Potter có thể xuất hiện trong tương lai, nhờ hai loại vật liệu mới có khả năng bẻ cong đường đi của ánh sáng do các nhà khoa học Mỹ chế tạo.
Trong quang học, “meta material” là thuật ngữ chỉ các vật liệu nhân tạo được thiết kế để có chiết suất âm, nghĩa là có thể khúc xạ ngược ánh sáng nhìn thấy. Đặc tính này có được nhờ cấu trúc của vật liệu chứ không phải thành phần của chúng. Do đó, vật liệu chiết suất âm có thể làm cho một vật thể trở nên tàng hình bằng cách bẻ cong các sóng ánh sáng để chúng “lượn vòng” quanh vật thể rồi hội tụ ở phía sau, giống như dòng nước chảy quanh một tảng đá.
“Tàng hình là chủ đề mà mọi người quan tâm, nhưng kết quả nghiên cứu của chúng tôi không chỉ đơn thuần tập trung vào khả năng ấy. Chúng tôi tìm hiểu khả năng tạo nên những đặc tính chưa từng tồn tại trong tự nhiên. Với những đặc tính ấy chúng ta có thể làm nhiều việc và tàng hình chỉ là một trong số đó”, Xiang Zhang, giáo sư thuộc Đại học California (Mỹ), phát biểu.
Vật liệu chiết suất âm cũng có thể làm tăng khả năng của các microchip, ăng-ten và cho phép tạo ra “siêu thấu kính” để quan sát những vật thể có kích thước nhỏ hơn bước sóng ánh sáng.
|
Ảnh phóng to cấu trúc hình lưới của vật liệu do nhóm chuyên gia của Đại học California chế tạo. Nó được tạo nên bởi sự sắp xếp xen kẽ các sợi bạc có kích thước nano với các lớp magie fluoride. Ảnh: National Geographic. |
Một loại vật liệu mới – có tên Negative Refraction One – được tạo nên bởi sự kết hợp giữa những sợi dây bạc có đường kính nhỏ hơn sợi tóc người khoảng 20 lần và nhôm oxit (Al2O3). Để tạo ra vật liệu thứ hai, nhóm nghiên cứu đặt những sợi bạc có đường kính ở cấp độ nano nằm xen kẽ với các lớp magie fluoride (MgF2). Sau đó họ tác động để nó có cấu trúc hình lưới.
Kết quả thử nghiệm cho thấy cả hai loại vật liệu mới đều bẻ cong đường đi của ánh sáng nằm trong dải bước sóng nhìn thấy. Nhiều nhà khoa học đã tạo ra được hiệu ứng tàng hình, song họ chỉ làm được điều đó trong không gian hai chiều với các sóng ánh sáng mà mắt người không thể nhìn thấy.
Ngoài việc tạo ra chiết suất âm trong không gian ba chiều đối với các tia sáng có dải bước sóng lớn hơn (trong đó có cả các sóng khả kiến), phát hiện của Xiang Zhang và cộng sự giúp giới khoa học khắc phục được hiện tượng suy hao năng lượng của ánh sáng.
Các vật liệu có chiết suất âm trước kia hấp thu phần lớn sóng ánh sáng chứ không bẻ cong chúng. Hai vật liệu mới được thiết kế để ánh sáng không mất năng lượng ngay cả khi chúng gặp những vật liệu có đặc tính hấp thu sóng ánh sáng mạnh nhất.
David Schurig, một chuyên gia về vật liệu có chiết suất âm của Đại học North Carolina (Mỹ) nhận định rằng hai sản phẩm của nhóm Xiang Zhang là “những vật liệu có chiết suất âm thú vị nhất từ trước tới nay”. “Ở trạng thái hiện nay, hai vật liệu đó có thể được ứng dụng trong công nghệ ghi hình hoặc liên lạc bằng ánh sáng”, ông nói.
Tuy nhiên, David nhấn mạnh rằng các nhà khoa học của Đại học California còn một chặng đường dài để chinh phục trước khi có thể làm tàng hình những vật thể có kích thước lớn hơn cấp độ nano.